Untersuchungen zur Reaktivität und Toxizität von Furananaloga aus thermisch behandelten Lebensmitteln

• Antragstellerin: Professorin Dr. Elke Richling
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie ; Toxikologie, Laboratoriumsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490818715

Alkylfurane sind in zahlreichen Lebensmitteln und Getränken enthalten. Im Jahr 2017 hatte die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) Furan und seine Analoga beurteilt. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass die Datenlage zum Metabolismus und zur Reaktivität der Metabolite im biologischen System unzureichend ist und somit nur eine unzureichende Risikobewertung erfolgen kann. So schrieben die Autoren: ‘However, these additional routes of metabolism and their consequences for the toxicity of the substances have not been studied.’ Bekannt ist, dass Furan zu cis-2-Buten-1,4-dial metabolisiert wird, welches an Nukleophile wie DNA, Proteine oder Glutathion bindet. Für Alkylfurane und Furfurylalkohol ist die Datenlage sehr lückenhaft. Dies ist besonders kritisch, da es sich bei den Alkylfuranen um eine ganze Substanzgruppe handelt, die aufgrund ihrer Strukturähnlichkeit zu Furan toxikologisch bedenklich ist und einer Risikobewertung bedarf.Aus den o. g. Gründen, sollen im Rahmen der geplanten Untersuchungen (1) die Phase I Metabolite von 2- und 3-Methylfuran, 3-Pentylfuran, 2,5-Dimethylfuran und Furfurylalkohol durch die Inkubation mit Mikrosomen und Cytochrom P 450 Enzymen identifiziert werden. Die Identifizierung in den Inkubationsüberständen soll mittels etablierter Techniken (HPLC-UV/Vis, UPLC-ESI-MS/MS oder UPLC-QToF-MS) erfolgen. (2) Die Reaktivität der o. g. Verbindungen gegenüber Aminosäuren, Proteinen und Glutathion (GSH) soll untersucht werden. Hier soll eine Identifizierung mittels UPLC-ESI-MS/MS und UPLC-QToF-MS, sowie eine Quantifizierung mittels Stabilisotopenverdünnungsanalyse (SIVA) nach Synthese der isotopenmarkierten Standards erfolgen. Die unter (2) identifizierten Metabolite sollen anschließend (3) in metabolisch kompetenten Zellen wie HepG2 verifiziert werden. Die Analytik soll dabei ebenfalls mittels der etablierten UPLC-ESI-MS/MS und/oder UPLC-QToF-MS Methoden erfolgen, was eine Untersuchung der zellulären Kinetik und einer möglichen Konzentrationsabhängigkeit der Konjugatbildung erlaubt. Anschließend (4) soll der Einfluss der Metabolite auf die zelluläre GSH-Konzentration sowie eine Beeinflussung der Zytotoxizität der Alkylfurane und Furfurylalkohol durch GSH an primären Rattenhepatozyten untersucht werden. Letztendlich (5) wird die Reaktivität gegenüber DNA-Basen untersucht, indem die Alkylfurane und Furfurylalkohol nach metabolischer Aktivierung mit DNA-Basen oder DNA selbst inkubiert werden und die gebildeten Addukte identifiziert und quantifiziert werden. Hier besitzt die Arbeitsgruppe bereits jahrelange Erfahrung in der Analytik von DNA-Addukten und seit Kurzem auch mit microLC-ESI-MS/MS-Kopplung, welche für diesen Zweck die notwendige Sensitivität aufweist. Der Forschungsansatz wird offene Fragen zum Metabolismus und zur Reaktivität von Alkylfuranen und Furfurylalkohol und deren Metaboliten adressieren, um langfristig einen Beitrag zur Risikobewertung dieser wichtigen Prozesskontaminanten zu leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen